第四章模拟电子技术课程设计。
4.1模拟电子技术设计基础。
4.1.1概述
一、模拟电路的组成。
电子产品大多是由一些模拟装置或者数字模拟混合装置组成的。所谓模拟装置，一般是由低频电子线路组合而成的模拟系统。我们日常接触到的许多装置和仪器。
如扩音器、录音机、温度控制装置、示波器等等，都是模拟装置。虽然它们的性能、用途各有不同，但就其电子线路部分而言，可以说都是由一些基本单元组成的。它们的基本结构方面有着共同的特点。
一般来说，典型的模拟装置由3个组成部分：一是传感器件部分；二是信号放大和变换电路部分，三是执行机构部分。图4.
1画出了典型模拟电路装置的方框图。
图4.1 模拟装置组成框图。
1．传感器件。
传感器件主要用来把非电信息转换为电信号，例如话筒、磁头、热敏器件等。
2．信号放大与变换。
从传感器件送来的电信号，一般是比较微弱的，有的信号波形也不符合要求，往往不能直接推动执行机构正常工作，必须将这种信号加以放大或变换，再传送给执行结构。能实现信号的放大和变换功能的电路就是模拟电路。常见的一些基本功能电路有：
放大器、振荡器、整流器以及各种波形发生电路等等。在这些基本功能电路中，以放大器的应用最为广泛，许多电子电路都是由它演变派生或进一步组合而成的。另外，由于单级放大器的电压(或功率)放大倍数有限，往往不能满足实际的需要，因此在许多模拟电路装置中，又要把若干个单级放大器连接起来构成多级放大电路。
显然，多级放大器既是模拟电路中的关键部分，内容又具有典型性，比较适合课程设计的要求。
3．执行机构。
执行机构则是把电能转换成其他形式的能量，以便完**们所需要的功能。
由于各种模拟装置用途不同，传感器件和执行机构两部分的器件需专门设置。因为它们不是模拟电子技术的主要内容，本书不作重点讨论。我们研究、设计的内容主要是信号放大和变换电路部分。
二、模拟电路设计的基本要求。
课程设计是通过一阶段课程的各教学环节(课堂教学和实验)之后进行的。内容的复杂性和工作量应适中。课程设计应使学生达到如下要求：
(1)初步掌握一般电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究，设计计算，确定电路方案；选择元件，安装电路，独立安排实验，调试改进；分析实验结果，写出设计总结报告。
(2)培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考，查阅工具书，参考文献，寻找答案。
掌握一些电路调试的一般规律。实验**现一般故障，能通过“观察、判断、试验、再判断”的基本方法去解决；能对实验结果独立地进行分析、评价。
(3)掌握普通电子电路的生产流程以及安装、布线、焊接等基本技能。
(4)巩固常用电子仪器的正确使用方法。包括：示波器、直流稳压电源、晶体管特性图示仪等仪器的正确使用；掌握常用电子器件和电路的测试技能。
5)严格的科学训练和工程设计实践，使学生逐步树立严肃认真，一丝不苟，实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中具有—定的生产观点、经济观点和全局观点。
4.1.2模拟电路的设计方法。
一、模拟电路设计的基本步骤。
由于电子电路的种类很多，设计方法也不完全相同。在一般情况下，整个设计过程可以分为课题分析、方案论证、方案论证、方案实现、安装调试四个阶段，详细内容参阅本书绪论中课程设计基本步骤。
应当指出，一种较为理想的方案不是轻而易举就能很快提出来的，它往往需要设计者进行广泛调查研究，大量查问参考文献和资料，再进行反复比较和可行性论证才能最后确定下来。实践证明，由于生产实际的复杂性和电子元、器件的分散性，再加上设计者的经验不足， 一个仅从理论上设计出的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题。但是，不通过实验就想把这些问题检查出来并加以解决是十分困难的。
因此在完成方案设计以后总是要进行电路的装配和调试。通过调试发现实验现象与设计要求不相符合的情况。如果善于从理论与实践的结合上分析原因，就可能很快地找出解决问题的方法和途径。
从而完善设计方案使之达到规定的技术指标。如果说方案设计是搞好系统设计的先决条件的话，那么实验调整则可以说是解决问题的决定性步骤。
在实际进行方案的实验时，往往还会出现预先估计不到的许多现象，难免需要改变某些参数或更换元件，甚至修改方案。为入便起见，通常先把电路在试验箱或专用实验箱上组装起来进行。
应当指出，由于许多系统往往比较复杂。因此在方案试验阶段—般只能对其中的关键部分或采用的新电路、新技术进行试验，而对于那些很有把握或很成熟的内容，则可以不做试验。只有在方案比较简单时，才有可能在实验室里做总体试验。
需要说明的是，随着集成电路的迅速发展，近年来采用线性集成元件组装模拟电路已日趋广泛。这种电路的设计方法，可以利用一些基本公式或经验来选择外接元件。只要熟悉了各种集成元件的性能和指标，设计起来是比较容易的。
当然分立元件的电路还在大量地应用，而且这种电路的设计，往往需要运用基本的电路设计方法。这种训练对于初学设计者来说还是十分必要的。因此，本书安排了一些分立元件模拟电路的设计。
通过本书所列课题的设计，有助于学生熟悉各种电子器件，掌握电路的基本设计方法，得到布线，焊接，组装电路的训练。为了让学生了解和熟悉集成电路的应用，本书也安排了一些由集成电路组成的电路课题，以供教学选作。
4.2模拟电子技术课程设计示例。
4.2.1集成电路音响放大器设计。
收录机和电视机、扩音机等电器设备中都有音响功率放大器，这类放大器过去大都由分立元件电路组成。随着集成功放器件的出现，集成音响功率放大器因具有工作稳定、性能好、易于安装调试、成本低等优点，故得到广泛应用。集成功放加上前置放大器、音调控制电路就可构成音响放大器。
一、设计任务书。
1.设计课题。
音响放大器设计。
1)要求具有音调控制、卡拉ok伴唱，对话筒与录音机输出信号进行扩音。
2)已知条件： =9v，话筒（低阻20ω）的输出电压5 mv，录音机输出信号200mv。
2.主要技术指标。
输出功率≤3﹪）。
负载阻抗。频率响应。
音调控制特性1khz 处增益为0db，100hz和10khz处有±12db的调节范围，≥+20db。
输入阻抗。二、设计过程举例。
1.课题分析。
根据任务，音响放大器一般基本组成框图如图4.2.1所示。为使卡拉ok伴唱效果更好，还可加接电子混音器，读者可参阅有关参考资料。
图4.2.1 音响放大器框图。
2.方案论证。
1)确定整机电路级数，分配各级电压增益。
话筒输入信号较弱，根据题意，输入信号为5mv时，输出功率最大值为1w。因此电路系统总电压增益。由于实际电路中会有损耗，应留有裕量，故取。
下面进行各级增益分配：
音调控制级在。时，增益为1（0db），但实际电路有可能衰减，取。
集成功放电路增益应较大，取。
混合级，一般采用集成运放组成，但受到增益带宽限制，增益不宜过大，取。
话筒放大级，采用集成运放电路构成。
2)电路论证分析。
1）功率放大电路。
常用音频集成功放有la4100系列、tda2030、sf404等。本课题设计采用la4102，其典型输出功率为1.4w，闭环增益为45db，可满足要求。
2）音调控制器。
音调控制器是控制、调节音响放大器输出频率高低的电路，其控制曲线如图4.2.2中折线所示。
图中 ——中音频率，要求增益；
—低音转折频率，一般为几十赫芝；
—中音频转折频率；
—中音频转折频率；
—高音频转折频率，一般为几十千赫芝。
图4.2.2音调控制曲线。
从图中可见，音调控制器只对低音频或高音频进行提升或衰减，中音频增益保持不变，音调控制器由低通滤波器和高通滤波器共同组成。
实现此方案，可有两种形式。一种是用专用集成电路la3600，外接发光二极管频段显示器，可看见各频段的增益提升与衰减的变化情况，在高中档收录机、汽车音响等设备中，一般采用专用音调控制集成电路。另一种是采用集成运放构成音调控制器，如图4.
2.3所示。
图4.2.3 音调控制电路。
设，在中、低音频区，可视开路，在高音频区，、可视为短路。
当时，音调控制器低频等效电路如图4.2.4所示，其中图4.
2.4（a）为的滑臂在最左端，对应于低音频提升最大的情况，图4.2.
4（b）为滑臂在最右端，对应于低音频衰减最大情况。图4.2.
4（a）实质上是一个一阶有源低通滤波器，其传递函数表达式为。
ab)图4.2.4 音调控制器低频等效电路。
a)低音频提升b)低音频衰减。
式中。或
或 时，可视为开路，运放的反相输入端为虚地，因运放输入电流，影响可忽略，此时电压增益为：
时，由式4.2.1得。
模为。此时电压增益相对下降了。
时，由式4.2.3得。
模为。此时电压增益相对下降了。
范围内，电压增益衰减速率为/10倍频程。
同样可得出图4.2.4(b)所示电路表达式，其增益相对于中频为衰减量。音调控制器工作在低音频时，幅频特性如图4.2.2左半部虚线所示。
当时，音调控制器高音频等效电路如图4.2.5(a)所示。
在高音频段、可视为短路，与、组成星形联接，为分析方便，将其转换成三角形联接后的等效电路如图4.2.5(b)所示。
ab)图4.2.5 音调控制器高频等效电路。
a)高音频等效电路 (b) 三角形联接后的等效电路。
电阻关系式为。
若取，则。这时高频等效电路如图4.2.
6所示，图4.2.6（a）为的滑臂在最右端时，对应于高频提升最大的情况，图4.
2.6（b）为滑臂在最左端时，对应于高频衰减最大的情况。该电路为一阶有源高通滤波器，其传递函数表达式为。
模拟电子技术课程设计
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